Android OpenGL射线拾取&手势旋转（二）

3）Renderer：RayPickRenderer.java

OpenGL渲染器，比较多的东西都在这里面了。

public class RayPickRenderer implements Renderer {

private Context mContext;
private Cube cube;

int texture = -1;

public float mfAngleX = 0.0f;
public float mfAngleY = 0.0f;

public float gesDistance = 0.0f;

// 观察者、中心和上方
private Vector3f mvEye = new Vector3f(0, 0, 7f), mvCenter = new Vector3f(0,
0, 0), mvUp = new Vector3f(0, 1, 0);

private OnSurfacePickedListener onSurfacePickedListener;

public RayPickRenderer(Context context) {
mContext = context;
cube = new Cube();
}

/**
* 逐帧渲染
*/
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {

gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕和深度缓存
gl.glLoadIdentity(); // 重置当前的模型观察矩阵

// 紧接着设置模型视图矩阵
setUpCamera(gl);

gl.glPushMatrix();
{
// 渲染物体
drawModel(gl);
}
gl.glPopMatrix();

// gl.glPushMatrix();
// {
// // 渲染射线
// PickFactory.getPickRay().draw(gl);
// }
// gl.glPopMatrix();

gl.glPushMatrix();
{
// 渲染选中的三角形
drawPickedTriangle(gl);
}
gl.glPopMatrix();

updatePick();
}

/**
* 设置相机矩阵
*
* @param gl
*/
private void setUpCamera(GL10 gl) {
// 设置模型视图矩阵
gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
gl.glLoadIdentity();
// GLU.gluLookAt(gl, mfEyeX, mfEyeY, mfEyeZ, mfCenterX, mfCenterY,
// mfCenterZ, 0, 1, 0);//系统提供
Matrix4f.gluLookAt(mvEye, mvCenter, mvUp, AppConfig.gMatView);
gl.glLoadMatrixf(AppConfig.gMatView.asFloatBuffer());
}

// private Matrix4f matRotX = new Matrix4f();
// private Matrix4f matRotY = new Matrix4f();

private Matrix4f matRot = new Matrix4f();
private Vector3f point;

/**
* 渲染模型
*/
private void drawModel(GL10 gl) {

// 首先对模型进行变换
// -------使用系统函数进行变换
// gl.glRotatef(mfAngleX, 1, 0, 0);//绕X轴旋转
// gl.glRotatef(mfAngleY, 0, 1, 0);//绕Y轴旋转

// -------托管方式进行变换
// matRotX.setIdentity();
// matRotY.setIdentity();
// matRotX.rotX((float) (mfAngleX * Math.PI / 180));
// matRotY.rotY((float) (mfAngleY * Math.PI / 180));
// AppConfig.gMatModel.set(matRotX);
// AppConfig.gMatModel.mul(matRotY);

/* 以下方式完全按照手势方向旋转 */
matRot.setIdentity();

// 世界坐标系的向量点
point = new Vector3f(mfAngleX, mfAngleY, 0);

try {
// 转换到模型内部的点，先要求逆
matInvertModel.set(AppConfig.gMatModel);
matInvertModel.invert();
matInvertModel.transform(point, point);

float d = Vector3f.distance(new Vector3f(), point);

// 再减少误差
if (Math.abs(d - gesDistance) <= 1E-4) {

// 绕这个单位向量旋转（由于误差可能会产生缩放而使得模型消失不见）
matRot.glRotatef((float) (gesDistance * Math.PI / 180), point.x
/ d, point.y / d, point.z / d);

// 旋转后在原基础上再转
if (0 != gesDistance) {
AppConfig.gMatModel.mul(matRot);
}
}
} catch (Exception e) {
// 由于四舍五入求逆矩阵失败
}
gesDistance = 0;

gl.glMultMatrixf(AppConfig.gMatModel.asFloatBuffer());

// 设置默认颜色
gl.glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f);

gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, texture);

gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
gl.glEnableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0,
cube.getCoordinate(Cube.VERTEX_BUFFER));
gl.glTexCoordPointer(2, GL10.GL_FLOAT, 0,
cube.getCoordinate(Cube.TEXTURE_BUFFER));
gl.glDrawElements(GL10.GL_TRIANGLE_STRIP, 24, GL10.GL_UNSIGNED_BYTE,
cube.getIndices());

gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
gl.glDisableClientState(GL10.GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

// 渲染坐标系
drawCoordinateSystem(gl);
}

private Vector3f transformedSphereCenter = new Vector3f();
private Ray transformedRay = new Ray();
private Matrix4f matInvertModel = new Matrix4f();
private Vector3f[] mpTriangle = { new Vector3f(), new Vector3f(),
new Vector3f() };
private FloatBuffer mBufPickedTriangle = IBufferFactory
.newFloatBuffer(3 * 3);

/**
* 更新拾取事件
*/
private void updatePick() {
if (!AppConfig.gbNeedPick) {
return;
}
AppConfig.gbNeedPick = false;
// 更新最新的拾取射线
PickFactory.update(AppConfig.gScreenX, AppConfig.gScreenY);
// 获得最新的拾取射线
Ray ray = PickFactory.getPickRay();

// 首先把模型的绑定球通过模型矩阵，由模型局部空间变换到世界空间
AppConfig.gMatModel.transform(cube.getSphereCenter(),
transformedSphereCenter);

// 触碰的立方体面的标记为无
cube.surface = -1;

// 首先检测拾取射线是否与模型绑定球发生相交
// 这个检测很快，可以快速排除不必要的精确相交检测
if (ray.intersectSphere(transformedSphereCenter, cube.getSphereRadius())) {
// 如果射线与绑定球发生相交，那么就需要进行精确的三角面级别的相交检测
// 由于我们的模型渲染数据，均是在模型局部坐标系中
// 而拾取射线是在世界坐标系中
// 因此需要把射线转换到模型坐标系中
// 这里首先计算模型矩阵的逆矩阵
matInvertModel.set(AppConfig.gMatModel);
matInvertModel.invert();
// 把射线变换到模型坐标系中，把结果存储到transformedRay中
ray.transform(matInvertModel, transformedRay);
// 将射线与模型做精确相交检测
if (cube.intersect(transformedRay, mpTriangle)) {
// 如果找到了相交的最近的三角形
AppConfig.gbTrianglePicked = true;
// 触碰了哪一个面
Log.i("触碰的立方体面", "=标记=" + cube.surface);
// 回调
if (null != onSurfacePickedListener) {
onSurfacePickedListener.onSurfacePicked(cube.surface);
}
// 填充数据到被选取三角形的渲染缓存中
mBufPickedTriangle.clear();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
IBufferFactory
.fillBuffer(mBufPickedTriangle, mpTriangle[i]);
// Log.i("点" + i, mpTriangle[i].x + "\t" + mpTriangle[i].y
// + "\t" + mpTriangle[i].z);
}
mBufPickedTriangle.position(0);
}
} else {
AppConfig.gbTrianglePicked = false;
}
}

/**
* 渲染选中的三角形
*/
private void drawPickedTriangle(GL10 gl) {
if (!AppConfig.gbTrianglePicked) {
return;
}
// 由于返回的拾取三角形数据是出于模型坐标系中
// 因此需要经过模型变换，将它们变换到世界坐标系中进行渲染
// 设置模型变换矩阵
gl.glMultMatrixf(AppConfig.gMatModel.asFloatBuffer());
// 设置三角形颜色，alpha为0.7
gl.glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.7f);
// 开启Blend混合模式
gl.glEnable(GL10.GL_BLEND);
gl.glBlendFunc(GL10.GL_SRC_ALPHA, GL10.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
// 禁用无关属性，仅仅使用纯色填充
gl.glDisable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
gl.glDisable(GL10.GL_TEXTURE_2D);
// 开始绑定渲染顶点数据
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, mBufPickedTriangle);
// 提交渲染
gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, 3);
// 重置相关属性
gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
gl.glDisable(GL10.GL_BLEND);
}

/**
* 渲染坐标系
*/
private void drawCoordinateSystem(GL10 gl) {
// 暂时禁用深度测试
gl.glDisable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
// 设置点和线的宽度
gl.glLineWidth(2.0f);
// 仅仅启用顶点数据
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

FloatBuffer fb = IBufferFactory.newFloatBuffer(3 * 2);
fb.put(new float[] { 0, 0, 0, 1.4f, 0, 0 });
fb.position(0);

// 渲染X轴
gl.glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);// 设置红色
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, fb);
// 提交渲染
gl.glDrawArrays(GL10.GL_LINES, 0, 2);

fb.clear();
fb.put(new float[] { 0, 0, 0, 0, 1.4f, 0 });
fb.position(0);
// 渲染Y轴
gl.glColor4f(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);// 设置绿色
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, fb);
// 提交渲染
gl.glDrawArrays(GL10.GL_LINES, 0, 2);

fb.clear();
fb.put(new float[] { 0, 0, 0, 0, 0, 1.4f });
fb.position(0);
// 渲染Z轴
gl.glColor4f(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);// 设置蓝色
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, fb);
// 提交渲染
gl.glDrawArrays(GL10.GL_LINES, 0, 2);

// 重置
gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
gl.glLineWidth(1.0f);
gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
}

/**
* 创建绘图表面时调用
*/
@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
// 全局性设置
gl.glEnable(GL10.GL_DITHER);

gl.glHint(GL10.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL10.GL_NICEST);
// 设置清屏背景颜色
// gl.glClearColor(0, 0, 0, 0);
gl.glClearColor(0.5f, 0.5f, 0.5f, 1);
// 设置着色模型为平滑着色
gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);

// 启用背面剪裁
gl.glEnable(GL10.GL_CULL_FACE);
gl.glCullFace(GL10.GL_BACK);
// 启用深度测试
gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST);
// 禁用光照和混合
gl.glDisable(GL10.GL_LIGHTING);
gl.glDisable(GL10.GL_BLEND);

loadTexture(gl);

AppConfig.gMatModel.setIdentity();
}

/**
* 当绘图表面尺寸发生改变时调用
*/
@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
// 设置视口
gl.glViewport(0, 0, width, height);
AppConfig.gpViewport[0] = 0;
AppConfig.gpViewport[1] = 0;
AppConfig.gpViewport[2] = width;
AppConfig.gpViewport[3] = height;

// 设置投影矩阵
float ratio = (float) width / height;// 屏幕宽高比
gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION);
gl.glLoadIdentity();
// GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ratio, 1, 5000);系统提供
Matrix4f.gluPersective(45.0f, ratio, 1, 10, AppConfig.gMatProject);
gl.glLoadMatrixf(AppConfig.gMatProject.asFloatBuffer());
AppConfig.gMatProject.fillFloatArray(AppConfig.gpMatrixProjectArray);
// 每次修改完GL_PROJECTION后，最好将当前矩阵模型设置回GL_MODELVIEW
gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
}

private void loadTexture(GL10 gl) {

// 启用纹理映射
gl.glClearDepthf(1.0f);
// 允许2D贴图,纹理
gl.glEnable(GL10.GL_TEXTURE_2D);

try {
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(1);
// 创建纹理
gl.glGenTextures(1, intBuffer);
texture = intBuffer.get();
// 设置要使用的纹理
gl.glBindTexture(GL10.GL_TEXTURE_2D, texture);

// 打开二进制流
InputStream is = mContext.getResources().openRawResource(
R.drawable.snow_leopard);
Bitmap mBitmap = BitmapFactory.decodeStream(is);
// Log.i("宽度|高度", mBitmap.getWidth() + "|" + mBitmap.getHeight());

// 生成纹理
GLUtils.texImage2D(GL10.GL_TEXTURE_2D, 0, mBitmap, 0);

// 线形滤波
gl.glTexParameterx(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,
GL10.GL_LINEAR);
gl.glTexParameterx(GL10.GL_TEXTURE_2D, GL10.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
GL10.GL_LINEAR);

is.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

public void setOnSurfacePickedListener(
OnSurfacePickedListener onSurfacePickedListener) {
this.onSurfacePickedListener = onSurfacePickedListener;
}

}

4）主Activity：RayPickActivity
继承各面点击的监听接口，提示了个Toast就OK了。很简单，当时都没注释。

public class RayPickActivity extends Activity implements
OnSurfacePickedListener {

private GLSurfaceView mGLSurfaceView;

@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);

mGLSurfaceView = new MyGLSurfaceView(this, this);
mGLSurfaceView.getHolder().setFormat(PixelFormat.TRANSLUCENT);
setContentView(mGLSurfaceView);
mGLSurfaceView.requestFocus();
mGLSurfaceView.setFocusableInTouchMode(true);
}

@Override
protected void onResume() {
super.onResume();
mGLSurfaceView.onResume();
}

@Override
protected void onPause() {
super.onPause();
mGLSurfaceView.onPause();
}

private Handler myHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
Toast.makeText(RayPickActivity.this, "选中了" + msg.what + "面",
Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
};

@Override
public void onSurfacePicked(int which) {
myHandler.sendEmptyMessage(which);
}

}

5）Matrix4f内的glRotatef(…)方法
公式如下图，其中其中C为cosθ，S为sinθ，A为单位化的旋转轴。




但这是左手坐标系下的公式，之前有改过右手坐标系的但不能实现效果。其他几个绕X、Y、Z轴的也是这样。
这应该是因为OpenGL坐标系原点在左下角，而窗口坐标系的原点为右上角，程序在Y轴上做了修正的关系导致的。这次可以高抬左手，大拇指向右、食指向下、弯曲中指90°，是不是各正轴都对应上了呢^^。

/**
* 绕任意单位轴旋转任意角度的矩阵
*/
public final void glRotatef(float angle, float x, float y, float z) {
float sinAngle, cosAngle;

sinAngle = (float) Math.sin((double) angle);
cosAngle = (float) Math.cos((double) angle);

this.m00 = cosAngle + (1 - cosAngle) * x * x;
this.m01 = (1 - cosAngle) * x * y - sinAngle * z;
this.m02 = (1 - cosAngle) * x * z + sinAngle * y;
this.m03 = 0;

this.m10 = (1 - cosAngle) * x * y + sinAngle * z;
this.m11 = cosAngle + (1 - cosAngle) * y * y;
this.m12 = (1 - cosAngle) * y * z - sinAngle * x;
this.m13 = 0;

this.m20 = (1 - cosAngle) * x * z - sinAngle * y;
this.m21 = (1 - cosAngle) * y * z + sinAngle * x;
this.m22 = cosAngle + (1 - cosAngle) * z * z;
this.m23 = 0;

this.m30 = 0;
this.m31 = 0;
this.m32 = 0;
this.m33 = 1;
}